Hoofdstuk 3: DNA

Eiwitten zijn belangrijk als bouwstof en het regelen van processen.In DNA zit de informatie voor het maken van eiwitten.DNA kan gebruikt worden voor het opsporen van misdadigers en vaststellen wie de ouders zijn van een kind. Er zitten medische en ethische kanten aan het gebruik van DNA

• De chromosomen in een celkern bestaat elk uit één groot DNA-molecuul plus een aantal eiwitten.

• In het DNA-molecuul ligt in codevorm de erfelijke informatie opgeslagen. Hier is de erfelijke aanleg van een organisme vastgelegd.

• De Amerikaan James Watson en de Engelsman Francis Crick kregen in 1962 de Nobelprijs voor de ontdekking van de structuur van DNA.Zij beschreven de Dubbele Helix en hoe die was opgebouwd uit een keten van aan elkaar gekoppelde nucleotiden (zie volgende dia). Zij hadden uitgevogeld dat er altijd tegenover een A een T zit v.v. en tegenover een C een G v.v.

DNA (Desoxyribo Nucleic Acid)

• Bestaat uit een dubbele streng nucleotiden. Eén nucleotide bestaat uit :– desoxyribose, – één fosfaatgroep en – één van de vier stikstofbasen:

• Adenine, • Thymine, • Cytosine ,• Guanine

Schematische tekening van de opbouw van DNARechts de dubbele helix, links is de krul eruit gehaald. Je ziet dat tegenover de base Adenine, altijd een Thymine zit en v.v.. Tegenover een Cytosine zit altijd een Guanine en v.v.

3.2 ….en we noemen hem HUGO

Chromosomen

• Het DNA in een menselijke cel is verdeeld over 46 chromosomen. Bij elkaar noem je dit het Genoom

• De helft is afkomstig van je vader, de andere helft van je moeder. Je hebt elk gen dus twee keer.

• Een gen is een stukje DNA met informatie over één eiwitmolecule.

• Op de chromosomen die je van je vader en je moeder hebt gehad, liggen dezelfde genen, maar ze hoeven niet dezelfde allelen te hebben. Zo heb je van beide ouders de informatie voor het kleuren van de iris in het oog gekregen, maar het kan best dat het gen van je moeder het allel voor een bruine iris en van je vader het allel voor een blauwe iris bevat. Samen bepalen deze allelen wat de uiteindelijke kleur van jouw iris wordt.

• Tijdens de celdeling spiraliseren de chromosomen (rollen op in spiraal vorm). Ze zijn dan zichtbaar onder een microscoop.

• Een karyogram is een foto gemaakt van alle chromosomen in één cel tijdens de celdeling in paren gerangschikt.

• In 1989 is men begonnen met het HUGO (Humaan Genoom Organisation) project, waarmee men het hele menselijk genoom in kaart heeft gebracht. In 2000 had men het grotendeel klaar.

3.3 DNA vertaald

De relatie tussen DNA en de bouw van eiwitten

Eiwitten

• Je lichaam bevat veel verschillende soorten eiwitten:– Bouweiwitten– Transporteiwitten– Enzymen– Hormonen

• Bij alle processen in je lichaam zijn eiwitten nodig

• Eiwitten zijn hele grote moleculen en bestaan uit ketens van duizenden aminozuren.

• Er zijn 20 verschillende aminozuren (zie binas tabel 71G

• Eiwitten zijn verschillend door:– Aantal aminozuren– Verschillende aminozuren– Volgorde van de aminozuren.

• De basenvolgorde van het DNA is de code voor de erfelijke informatie in de DNA-moleculen.

• Drie opeenvolgende nucleotiden in één streng vormen een triplet waarin de volgorde van drie basen bepalend is voor een bepaald type aminozuur dat wordt gebonden bij de bouw van eiwitten.

• De volgorde van de tripletten bepaald de uiteindelijke volgorde van de aminozuren in een polypeptide en dus de structuur van het eiwit.

RNA•Ribo-Nucleic Acid. Komt voor in kern en cytoplasma•Enkele streng nucleotiden.•Iedere Nucleotide bevat een Ribose (een sacharide), fosfaatgroep en één stikstofbase (Adenine Uracil, Guanine of Cytosine)•Er zij drie typen RNA:• Messenger RNA (mRNA) gevormd langs actieve genen in het

DNA• Transfer RNA (tRNA) • Ribosomaal RNA (rRNA)

mRNA

Functie: Transcriptie (het overnemen van de DNA-code in mRNA codons

1. Verbreking van de basenparing in dubbelstrengs DNA, nadat RNA polymerase (enzym) zich heeft gebonden aan een promotor in het DNA

2. Baseparing van vrije RNA-nucleotiden met de vrije baseneinden in DNA door RNA-Polymerase dat start bij een promotor (vaak begin gen)

1. zie vorige dia2. zie vorige dia3. Aaneenschakeling van RNA nucleotiden waarde

de DNA gencode wordt overgenomen in de codons van de gevormde mRNA streng

4. Verbreking van de basenparing tussen DNA en mRNA

5. Herstel van de dubbele DNA-streng nadat RNA-polymerase is doorgeschoven naar volgende DNA-stuk

6. Transport van mRNA uit de kern naar ribosomen.

tRNA

• Bevat één triplet (anti-codon) dat bepalend is voor het type aminozuur dat kan worden gebonden en meegevoerd.

• Functies:– Koppeling van een bepaald aminozuur

(past bij anti-codon– Transport van het aminozuur naar een

ribosoom waar mRNA aanwezig is

Ribosomaal RNA

• Bevat enzymen voor aaneenschakeling van de door tRNA meegevoerde aminozuurmoleculen

1. Basenparing van een anti-codon van tRNA met het passende mRNA codon

2. Transport van mRNA langs de ribosomen3. Aaneenschakeling van door tRNA aangevoerde

aminozuren4. Verbreking van bindingen tussen gevormde

polypeptideketens met tRNA5. Verbreking van basenparingen tussen tRNA en mRNA

Eiwitsynthese

• Transcriptie: overzetten van de DNA-code van een gen in een RNA-code. Vindt plaats in de kern

• Translatie: overzetten van de RNA-code in een specifieke volgorde van aminozuren in een polypeptideketen

• Koppeling polypeptideketens tot eiwitten met als doel het toevoeging aan cytoplasma (bv enzymen, hemoglobine) of afscheiding door de cel (bv hormonen, verteringsenzymen)

Translatie schematisch weergegeven.Bron: www.bioplek.org

Transcriptie schematisch weergegevenLangs de coderende keten loopt een enzym. Er wordt mRNA gevormdDe transcriptie vindt plaats in de celkern.

Eiwitsynthese

• Translatie en Transcriptie zijn ook te zien in de animatie op de link hieronder:

http://www.bioplek.org/animaties/moleculaire_genetica/transcriptie.html

Gebruik van DNA• DNA Fingerprinting:

– bandjespatroon voor ieder persoon uniek. Wordt zichtbaar nadat DNA-Fragmenten door electroforese worden gescheiden.

– Gebruikt voor identificatie en ouderschapsbepaling

• Radioactieve labelen– Door synthese van DNA-Fragmenten in aanwezigheid van radioactieve

DNA-nucleotiden. Als het radioactieve DNA-fragment zich door baseparing hecht aan he tgedeelte in het DNA van een individu is de radioactieve straling meetbaar bij het ontstaan van dubbelstrengs-DNA

– Aantonen • erfelijke ziektes• Bepaald gen

• Celfusie – Het versmelten van twee cellen van verschillende

soorten organismen.– Doel:

• Productie van antistof (monoklonale antilichaampjes)• Ontwikkelen nieuw soort organisme met genen van

verschillende soorten

• Recombinant DNA techniek– Door techniek gewijzigde DNA-samenstelling van

een cel

3.4 Stabiliteit van DNA

Mutaties. Puntmutaties. Chromosoommutatie, regelgenen, tumor, goedaardig, kwadaardig

Typen Mutaties• Mutatie = verandering in DNA. Levert een bijdrage

aan de diversiteit in genotypen binnen populaties• Puntmutatie één stikstofbase in de DNA keten is

veranderd (b.v. bij sikkelcelanemie). Hierdoor ontstaan meerdere allelen voor één gen.

• Genmutatie verandering in een gen, meestal in een ongunstig recessief gen, soms in een gunstig gen

• Chromosoommutatie structuur van een deel van het chromosoom met meerdere genen is gemuteerd(b.v. verkrijgen, verliezen of verplaatsen van chromosoomsegmenten).

Genmutatie

• Kan erfelijk worden doorgegeven als de mutatie in de geslachtscellen zitten.– Albinisme: door ontbreken enzym kan het pigment

melanine niet worden aangemaakt.– Sikkelcelanemie: verkeerd aminozuur in hemoglobine

veranderd rode bloedcel in sikkelvorm met verminderde O2 binding als gevolg.

– Ontstaan van kanker als door mutaties de celdeling niet meer wordt geremd. Met als gevolg een tumor (gezwel) die kwaadaardig wordt genoemd als er kans is op verspreiding van tumorcellen (uitzaaiing)

Mutaties ontstaan door:

• Spontaan geen aanwijsbare oorzaak• Mutagene stoffen b.v. nicotine, asbest• Mutagene straling radioactiviteit, u.v.• virussen

Regelgenen (zie ook hoofdstuk 4)

• Regelgenen remmen of stimuleren celdeling en houden zo de celdeling in bedwang.

• Cellen hebben reparatiemechanismen om schade te herstellen. Meestal is dat succesvol. Is de schade te groot, dan vernietigd normaal gesproken de cel zichzelf

• Ongecontroleerde celdeling leidt tot het ontstaan van tumoren

3.5 Goochelen met genen en mensen

DNA technieken, voor- en nadelen van een genenpaspoort, waarden en normen, DNA

fingerprinting, abortus, gentherapei

DNA fingerprint:

• m.b.v. enzymen wordt DNA in stukje geknipt. Met electrolyse worden de verschillende stukjes uit elkaar getrokken afhankelijk van elektrische lading en massa en wordt er een patroon zichtbaar.

• Gebruikt om te bepalen of DNA matcht. Bij misdrijf of vaderschapsbepaling

Genenpaspoort

• Informatie uit jouw DNA waardoor je kunt zien of je drager of lijder bent van een bepaalde (erfelijke) ziekte.

• Voordeel: je kunt je levensstijl aanpassen, zodat de kans op het krijgen/doorgeven van de ziekte kleiner wordt

• Nadeel: Je moet bij het afsluiten van een verzekering aangeven of je weet dat je bepaalde ziektes hebt. Dan kan de verzekeraar weigeren, of je meer laten betalen.

Prenatale diagnostiek

• Bij embryo’s in de baarmoeder vaststellen of er een (erfelijke) aandoening zal ontwikkelen. Als je dit weet, kun je besluiten tot abortus of je voorbereiden op een kind met een afwijking.

• Bij IVF kan het embryo voor terugplaatsing worden onderzocht alleen gezonde embryo’s terugplaatsen.

• Soms is gentherapie mogelijk

Gentherapie

• Het defecte gen wordt vervangen door een gezond gen, of het defecte gen wordt geremd, of een gezond gen wordt toegevoegd.

• Nog experimenteel